JPWO2020144794A1 - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
半導体レーザ装置(1)は、半導体レーザチップ(5)とサブマウント(3)との対向面のそれぞれ、およびサブマウント(3)とヒートシンク(2)との対向面のそれぞれの少なくともいずれかには、複数の活性層4a〜4cの配列方向における位置に応じて、光の進行方向における設定範囲を変え、接合に用いる接合材(6)、または接合材(7)の付着性を低下させた処理領域(例えば、処理領域(R5t))が設けられているように構成した。The semiconductor laser device (1) is attached to at least one of the facing surfaces of the semiconductor laser chip (5) and the submount (3) and the facing surfaces of the submount (3) and the heat sink (2). , A treatment in which the setting range in the traveling direction of light is changed according to the positions of the plurality of active layers 4a to 4c in the arrangement direction to reduce the adhesiveness of the bonding material (6) or the bonding material (7) used for bonding. The region (for example, the processing region (R5t)) was configured to be provided.
Description
本願は、半導体レーザ装置に関するものである。 The present application relates to a semiconductor laser device.
プロジェクタ装置、プロジェクションテレビなどのカラー画像を表示する装置では、光源としてR(赤)、G(緑)、B(青)の3つの色の光源が必要とされる。この光源として、発光効率の高い半導体レーザ装置を用いる場合がある。レーザ光は、その単色性から、再現色域が広くなる特長を有しているが、位相が揃っているため、コヒーレンスが高く、投写面での斑点模様の出現、いわゆるスペックルノイズの原因となることがある。 Devices for displaying color images, such as projector devices and projection televisions, require light sources of three colors, R (red), G (green), and B (blue), as light sources. As this light source, a semiconductor laser device having high luminous efficiency may be used. Laser light has the advantage of widening the reproduction color gamut due to its monochromaticity, but because it has the same phase, it has high coherence and causes the appearance of speckle patterns on the projection surface, so-called speckle noise. May become.
コヒーレンスの低減には、肉眼では同色と認識できる程度に波長の異なるレーザ光を同時に発生させることが考えられる。そこで、1つの基板上に、仕様の異なる複数の活性層を形成し、波長の異なるレーザ光を発生させる半導体レーザ装置(例えば、特許文献1、2参照。)の技術を応用することが考えられる。しかし、性質の異なる複数の活性層を形成するためには、素子形成プロセスの複雑化が伴い、コスト上昇および歩留まりの悪化が懸念される。
In order to reduce coherence, it is conceivable to simultaneously generate laser beams having different wavelengths so that they can be recognized as the same color by the naked eye. Therefore, it is conceivable to apply the technology of a semiconductor laser device (see, for example,
それに対して、同仕様の活性層を配列し、配列方向の中央側の活性層に接する部分よりも、両端側の活性層が接する部分の方に熱伝導率が高い材質を用いたヒートシンクを有する半導体レーザ装置が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。この構成では、素子形成プロセスの複雑化を伴うことがなく、動作時に、中央側の活性層と両端側の活性層との間で温度差が生じるため、中央側の活性層と両端側の活性層とで、波長の異なるレーザ光を発生させることができる。 On the other hand, the active layers of the same specifications are arranged, and a heat sink using a material having a higher thermal conductivity is provided in the portion in contact with the active layers on both ends than in the portion in contact with the active layer on the central side in the arrangement direction. A semiconductor laser device has been proposed (see, for example, Patent Document 3). In this configuration, the element forming process is not complicated, and a temperature difference occurs between the active layer on the central side and the active layer on both ends during operation. Therefore, the activity on the central side and the activity on both ends are generated. Laser beams having different wavelengths can be generated between the layers.
しかしながら、熱伝導率の異なる材質を合わせて部材を形成することはコスト増を招くことになる。あるいは、熱伝導率の異なる材質で安価に部材を形成できた場合でも、中央側と両端側との間で、熱伝導率が異なるように構成すると、中央から同じ距離にある活性層は、同じ温度になり、同じ波長のレーザ光を発生させることになる。つまり、複数の活性層のうちの一部は、同じ波長のレーザ光を発生させることになり、コヒーレンスの低減効果が低かった。 However, forming a member by combining materials having different thermal conductivity leads to an increase in cost. Alternatively, even if the members can be inexpensively formed of materials having different thermal conductivity, if the members are configured so that the thermal conductivity is different between the center side and both end sides, the active layers at the same distance from the center are the same. It becomes the temperature and generates laser light of the same wavelength. That is, a part of the plurality of active layers generates laser light having the same wavelength, and the effect of reducing coherence is low.
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置を得ることを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object of the present application is to obtain a semiconductor laser device having a high coherence reduction effect inexpensively and easily.
本願に開示される半導体レーザ装置は、光の進行方向に沿って延在する複数の発光領域が、前記進行方向に垂直な方向に間隔をあけて配列された板状の半導体レーザチップと、
前記半導体レーザチップに接合されたサブマウントと、前記サブマウントの前記半導体レーザチップが接合された面の反対側の面に接合されたヒートシンクと、を備え、前記半導体レーザチップと前記サブマウントとの対向面のそれぞれ、および前記サブマウントと前記ヒートシンクとの対向面のそれぞれの少なくともいずれかには、前記複数の発光領域の配列方向における位置に応じて前記進行方向における設定範囲を変え、前記接合に用いる接合材の付着性を低下させた処理領域が設けられていることを特徴とする。The semiconductor laser device disclosed in the present application includes a plate-shaped semiconductor laser chip in which a plurality of light emitting regions extending along the traveling direction of light are arranged at intervals in a direction perpendicular to the traveling direction.
The semiconductor laser chip and the submount are provided with a submount bonded to the semiconductor laser chip and a heat sink bonded to the surface of the submount opposite to the surface to which the semiconductor laser chip is bonded. For each of the facing surfaces and at least one of the facing surfaces of the submount and the heat sink, a setting range in the traveling direction is changed according to the position of the plurality of light emitting regions in the arrangement direction, and the bonding is performed. It is characterized in that a processing region is provided in which the adhesiveness of the bonding material to be used is reduced.
また、本願に開示される半導体レーザ装置は、光の進行方向に沿って延在する複数の発光領域が、前記進行方向に垂直な方向に間隔をあけて配列された板状の半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップに接合されたサブマウントと、前記サブマウントの前記半導体レーザチップが接合された面の反対側の面に接合されたヒートシンクと、を備え、前記複数の発光領域のそれぞれと前記ヒートシンクを結ぶ伝熱経路の熱抵抗が、前記複数の発光領域の配列方向における一端側から他端側に向かうにつれ、単調減少または単調増加していることを特徴とする。 Further, the semiconductor laser device disclosed in the present application is a plate-shaped semiconductor laser chip in which a plurality of light emitting regions extending along the traveling direction of light are arranged at intervals in a direction perpendicular to the traveling direction. A submount bonded to the semiconductor laser chip and a heat sink bonded to the surface opposite to the surface to which the semiconductor laser chip of the submount is bonded are provided, and each of the plurality of light emitting regions and the said The heat resistance of the heat transfer path connecting the heat sinks is monotonically decreasing or monotonically increasing from one end side to the other end side in the arrangement direction of the plurality of light emitting regions.
本願に開示される半導体レーザ装置によれば、配列方向に沿って、発光領域ごとの温度が変化するため、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置を得ることができる。 According to the semiconductor laser device disclosed in the present application, since the temperature of each light emitting region changes along the arrangement direction, a semiconductor laser device having a high coherence reducing effect can be easily obtained inexpensively.
実施の形態1.
図1と図2は、実施の形態1にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのものであり、図1は半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A)と、半導体レーザチップの光進行方向に垂直な断面図(図1B)と、半導体レーザチップのサブマウントへの対向面に設けた、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図(図1C)である。また、図2は変形例の説明として、図1Bに対応する半導体レーザチップの光進行方向に垂直な断面図(図2A)と、図1Cに対応する半導体レーザチップのサブマウントへの対向面に設けた、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図(図2B)である。なお、以降の実施の形態も含め、図において、半導体レーザにおける光の進行方向をy方向、光進行方向に延びる複数の活性層が配列される配列方向をx方向、半導体層の積層方向をz方向として説明する。
1 and 2 are for explaining the configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment, and FIG. 1 shows a cross-sectional view (FIG. 1A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device and a semiconductor laser. A cross-sectional view (FIG. 1B) perpendicular to the light traveling direction of the chip and a plan view (FIG. 1B) showing a surface-treated region provided on the surface of the semiconductor laser chip facing the submount so that the bonding material does not adhere. FIG. 1C). Further, FIG. 2 shows a cross-sectional view (FIG. 2A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser chip corresponding to FIG. 1B and a surface facing the submount of the semiconductor laser chip corresponding to FIG. 1C as an explanation of a modification. FIG. 2B is a plan view (FIG. 2B) showing a treated area that has been surface-treated so that the provided bonding material does not adhere. In addition, in the figure including the following embodiments, the traveling direction of light in the semiconductor laser is the y direction, the arrangement direction in which a plurality of active layers extending in the light traveling direction are arranged is the x direction, and the stacking direction of the semiconductor layers is z. Described as a direction.
半導体レーザ装置1は、図1Aに示すように、半導体レーザチップ5の複数の活性層4a〜4c(まとめて活性層群4と称する。)が形成されている上面電極52t側に、サブマウント3、ヒートシンク2を順次積層して構成したものである。
As shown in FIG. 1A, the
半導体レーザチップ5は、光進行方向(y方向)に沿って延在する半導体層(詳細は、省略)を積層した積層体51が、下面電極52bと上面電極52tに挟まれるように構成したものである。積層体51の最下面(下面電極52b側)には、例えば、(001)面を主面とするGaAs基板が配置され、そこを起点として、クラッド層、量子井戸を形成する活性層群4等が、結晶成長、あるいはエッチング等により、所定の形態をなすように形成されている。そこで、本願では、結晶成長の方向を基準とし、図中上方にある電極を下面電極52b、下方にある電極を上面電極52tと表すことにする。上面電極52t、および下面電極52bは、外部から電流を流すために、例えば、導電体であるAu、Ge、Zn、Pt、Ti等の金属で形成されている。さらに、その外側には、他部材との接合、あるいは表面保護のために、めっき層53t、53bが形成されている。なお、積層体51の光進行方向における両端面は、例えば、劈開により形成されている。
The
なお、結晶成長は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)があげられるが、それに限ることはなく、様々な方法で形成してよいことは言うまでもない。一方、活性層群4を構成する3つの活性層4a〜4cは、それぞれ同じ仕様で光進行方向(y方向)に延びるストライプ状をなし、光進行方向(y方向)および積層体51の積層方向(z方向)に垂直な方向(x方向)において、等間隔に配置されている。各活性層4a〜4cの、劈開による両端面間はストライプ状の共振器を構成し、上面電極52tと下面電極52bを介して電流注入されることで得られた発光は、共振器内で増幅され、レーザ発振に至る。そのため、各活性層4a〜4cの領域は、ストライプ状発光領域とも称される発光領域となる。共振器長は150μmから300μmとされることが多いが、この範囲に限るものではない。
The crystal growth is, for example, an organic metal vapor deposition method (MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition), but the crystal growth is not limited to this, and it goes without saying that the crystal growth may be formed by various methods. On the other hand, the three
サブマウント3は、例えば、AlN(窒化アルミニウム)焼結体のような基材31の両面にメタライズ層32e、32cを形成した伝熱部材である。また、ヒートシンク2は、Cu(銅)またはAl(アルミニウム)などで形成された放熱部品である。そして、半導体レーザチップ5は、活性層群4が配置されている上面電極52t側がサブマウント3のメタライズ層32eに対向し、はんだなどの接合材6により、固定されている。サブマウント3は、半導体レーザチップ5との対向面3fe(図3)側に形成されたメタライズ層32eの反対側に形成されたメタライズ層32cがヒートシンク2に対向し、はんだなどの接合材7により、固定されている。
The
ここで、本実施の形態1においては、図1B、図1Cに示すように、半導体レーザチップ5のサブマウント3への対向面5ftの一部に、接合材6が付着しないように表面処理を施した処理領域R5tが形成されている。処理領域R5tは、各活性層4a〜4cのそれぞれを対向面5ftに投影した領域P4a〜P4cに対応して設定した。投影した領域は、活性層4a〜4cそれぞれの直上の領域でもあり、処理領域R5tの設定対象である領域P4a〜P4cは、活性層4a〜4cのそれぞれとヒートシンク2との間を最短で結ぶ直線が通る領域である。
Here, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1B and 1C, the surface treatment is performed so that the
そのような領域P4a〜P4bのうち、活性層4aに対応する領域P4aに対しては、進行方向における3か所に処理領域R5tを分散配置し、活性層4bに対応する領域P4bに対しては、進行方向における2か所に処理領域R5tを分散配置した。そして、活性層4cに対応する領域P4cに対しては、処理領域R5tを配置しなかった。つまり、処理領域R5tを設定した面積(または、光の進行方向における範囲)が、P4a>P4b>P4cの関係になるように処理領域R5tの配置を調整した。
Among such regions P4a to P4b, the treatment regions R5t are dispersedly arranged at three locations in the traveling direction with respect to the region P4a corresponding to the
そして、接合材6として、例えばAuSn(金錫)はんだを用いた場合を想定し、めっき層53tの処理領域R5t以外の部分はAuめっきとし、処理領域R5t部分はNi(ニッケル)めっきで形成するようにした。このように、処理領域R5tを有する半導体レーザチップ5を、接合材6を用いてサブマウント3に接合すると、処理領域R5t以外の部分では、サブマウント3と対向面5ftとの間に接合材6が介在して、強固な伝熱経路が形成される。一方、AuSnはんだはNiに濡れないため、処理領域R5t部分では、対向面5ftと(硬化後の)接合材6との間には接合関係が形成されず、単に接しているだけの状態になる。場合によっては、処理領域R5t部分の中には、接合材6との間に隙間が発生している可能性もある。
Assuming that, for example, AuSn (gold tin) solder is used as the
このように構成した半導体レーザ装置1の動作について説明する。上面電極52tと下面電極52bを介して半導体レーザチップ5に電流注入すると、各活性層4a〜4cの端面からレーザ光が出射される。このとき、活性層4a〜4cでは、それぞれ熱が発生し、温度が上昇するが、温度上昇によって、ヒートシンク2との間に生じた温度差がドライビングフォースとなってヒートシンク2に放熱され、熱が奪われる(冷却される)。各活性層4a〜4cで発生する熱量と、放熱で奪われる熱量が釣り合うまで、温度上昇は続き、釣り合うと、温度は一定になる。
The operation of the
このとき、活性層4a〜4cのそれぞれからヒートシンク2に向けての放熱では、領域P4a〜P4cを通り抜ける経路が、ヒートシンク2への最短経路となる。しかし、上述したように、処理領域R5tの配置によって、活性層4a、4b、4cは、それぞれ最短経路に位置する領域P4a、P4b、P4cにおける接合材6との接合面積が異なっている。処理領域R5tが配置された部分では、対向面5ftと接合材6との間での接合がないため、接合がある場合に比べて熱抵抗が高くなる。つまり、処理領域R5tは、各活性層4a〜4cからヒートシンク2への伝熱経路を分断する分断領域として機能する。
At this time, in heat dissipation from each of the
もちろん、処理領域R5tの外側の、対向面5ftと接合材6との間での接合が形成されている部分を迂回する伝熱経路もあるが、その場合は経路長が長くなるため、やはり熱抵抗が高くなる。熱抵抗が高くなると、発生した熱量と放熱で奪われる熱量が釣り合うために必要な温度差が大きくなる。つまり、処理領域R5tを配置された面積が大きいほど、熱抵抗が高く(放熱性が低く)なり、高温になる。逆に言えば、処理領域R5tの配置される面積が小さく、熱抵抗が低い(放熱性が高い)ほど、温度を低く保つことができる。
Of course, there is also a heat transfer path that bypasses the portion where the joint between the facing surface 5ft and the joining
処理領域R5tにより、対向面5ftと接合材6との接合が阻害されている面積は、大きい順に活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなる。そのため、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなり、活性層4aの温度が最も高くなる。半導体レーザでは、温度が上昇すると発振波長が長くなるという特徴がある。よって、活性層4a〜4c毎に比較すると、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなる。このようにして、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスの低減が可能になる。
The area in which the bonding between the facing surface 5ft and the
なお、処理領域R5tは、図1Cで示したような、領域P4a〜P4c内に収まる配置に限る必要はない。例えば、図2A、図2Bに示す変形例のように、領域P4a〜P4cの領域からはみ出してもよい。さらには、処理領域R5tは、領域P4a〜P4cのそれぞれの中で分散されておらず、まとまって配置されていてもよい。あるいは、点状あるいは、まだら模様のように配置されていてもよい。その場合においても、領域P4a〜P4cのそれぞれで、処理領域R5tが配置された面積が異なるようにすればよい。 The processing region R5t does not have to be limited to the arrangement within the regions P4a to P4c as shown in FIG. 1C. For example, as in the modified examples shown in FIGS. 2A and 2B, the region may extend beyond the regions P4a to P4c. Further, the processing region R5t is not dispersed in each of the regions P4a to P4c, and may be arranged together. Alternatively, they may be arranged in a dotted pattern or a mottled pattern. Even in that case, the area where the processing region R5t is arranged may be different in each of the regions P4a to P4c.
また、上記例では、接合材6として、AuSnはんだを用い、めっき層53tの処理領域R5t以外の部分はAuめっきとし、処理領域R5t部分はNiめっきで形成する例を示したが、これに限ることはない。例えば、処理領域R5tにAl(アルミニウム)等のはんだが付着しない金属膜、あるいはSi(シリコン)のような絶縁膜を設けてもよく、それ以外の領域をAuに代えてCu(銅)にしてもよい。
Further, in the above example, AuSn solder is used as the
さらには、接合材6として、例えば、エポキシ樹脂のようないわゆる樹脂系の接着剤を用いる場合、処理領域R5t以外の面粗度を処理領域R5tよりも粗くすることで、接合材6が付着しないようにしてもよい。なお、以降の実施形態においても、イメージしやすい「付着しない」、「接合性がない」、「濡れない」との表現を用いるが、実質的には、「付着性が低い」、「接合性が低い」、あるいは「濡れ性が低い」場合であっても、熱抵抗は増大する。したがって、以降の実施形態において、「付着しない」、「接合性がない」あるいは、「濡れない」との記載は、「付着性が低い」、「接合性が低い」、あるいは「濡れ性が低い」と読み替えてもよい。つまり、処理領域R5tでは、それ以外の部分と比べて、接合材6との付着性、接合性、あるいは濡れ性が低い材料、あるいは面状態となるならば、接合材6の種類、材料あるいは面の状態の組み合わせは任意とする。
Furthermore, when a so-called resin-based adhesive such as an epoxy resin is used as the
実施の形態2.
上記実施の形態1においては、活性層ごとに動作時の温度を異ならせるために、半導体レーザチップのサブマウントとの対向面に、接合材が付着しない領域を設けた例について説明した。本実施の形態2においては、サブマウントの半導体レーザチップとの対向面に、接合材が付着しない領域を設けた例について説明する。図3A〜図3Cは、実施の形態2にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのものであり、図3Aは半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A対応)、図3Bはサブマウントの半導体レーザチップへの対向面に設定した、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図、図3Cはサブマウントの光進行方向に垂直な断面図である。また、図4は変形例の説明として、図3Bに対応するサブマウントの半導体レーザチップへの対向面に設定した、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図(図4A)と、図3Cに対応するサブマウントの光進行方向に垂直な断面図である(図4B)である。
In the first embodiment, an example in which a region where the bonding material does not adhere is provided on the surface of the semiconductor laser chip facing the submount in order to make the operating temperature different for each active layer has been described. In the second embodiment, an example in which a region where the bonding material does not adhere is provided on the surface of the submount facing the semiconductor laser chip will be described. 3A to 3C are for explaining the configuration of the semiconductor laser apparatus according to the second embodiment, and FIG. 3A is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 1A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser apparatus, FIG. 3B. Is a plan view showing a treated area that has been surface-treated so that the bonding material does not adhere, which is set on the surface facing the semiconductor laser chip of the submount, and FIG. 3C is a cross-sectional view perpendicular to the optical traveling direction of the submount. be. Further, FIG. 4 is a plan view showing a processing region which is set on the surface of the submount corresponding to FIG. 3B facing the semiconductor laser chip and which has been surface-treated so that the bonding material does not adhere, as an explanation of a modification. 4A) and 3C are cross-sectional views perpendicular to the light traveling direction of the submount corresponding to FIG. 3C (FIG. 4B).
なお、本実施の形態2および以降の実施の形態にかかる半導体レーザ装置において、表面処理を除く半導体レーザチップそのもの、およびヒートシンクについては、同様の構成である。また、その他の部材(サブマウント、接合材)についても、同様な部分については、説明を省略する。 In the semiconductor laser apparatus according to the second embodiment and the subsequent embodiments, the semiconductor laser chip itself excluding the surface treatment and the heat sink have the same configuration. Further, with respect to other members (sub-mounts, joining materials), the same parts will not be described.
本実施の形態2にかかる半導体レーザ装置1においても、図3Aに示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。ここで、図3B、図3Cに示すように、サブマウント3の半導体レーザチップ5への対向面3feを構成するメタライズ層32eの一部に、接合材6が付着しないように表面処理を施した処理領域R3eが形成されている。処理領域R3eは、対向面3feのうち、半導体レーザチップ5が接合された際の各活性層4a〜4cを投影した領域P4a〜P4cに対応して設定した。対向面3feにおける領域P4a〜P4cも、活性層4a〜4cのそれぞれとヒートシンク2との間を最短で結ぶ直線が通る領域である。
In the
そのような領域P4a〜P4bのうち、活性層4aに対応する領域P4aに対しては、進行方向における3か所に処理領域R3eを分散配置し、活性層4bに対応する領域P4bに対しては、進行方向における2か所に処理領域R3eを分散配置した。そして、活性層4cに対応する領域P4cに対しては、処理領域R3eを配置しなかった。つまり、処理領域R3eを設定した面積が、P4a>P4b>P4cの関係になるように処理領域R3eの配置を調整した。
Among such regions P4a to P4b, the treatment regions R3e are dispersedly arranged at three locations in the traveling direction with respect to the region P4a corresponding to the
そして、接合材6として、例えば実施の形態1で例示したようなAuSn(金錫)はんだを用いた場合を想定し、メタライズ層32eの処理領域R3e以外の部分はAuが表面を覆い、処理領域R3e部分はNiが表面を覆うようにした。このように、処理領域R3eを有するサブマウント3に、接合材6を用いて半導体レーザチップ5を接合すると、処理領域R3e以外の部分では、半導体レーザチップ5と対向面3feとの間に接合材6が介在して、強固な伝熱経路が形成される。一方、AuSnはんだはNiに濡れないため、処理領域R3e部分では、対向面3feと(硬化後の)接合材6との間には接合関係が形成されず、単に接しているだけの状態になる。場合によっては、処理領域R3e部分の中には、接合材6との間に隙間が発生している可能性もある。
Assuming that AuSn (gold tin) solder as exemplified in the first embodiment is used as the
このように構成した半導体レーザ装置1を動作させると、実施の形態1で説明したように、各活性層4a〜4cが発熱するが、ヒートシンク2に向けての放熱では、対向面3fc上の領域P4a〜P4cを通り抜ける経路も、ヒートシンク2への最短経路となる。そして、ここでも、処理領域R3eは、各活性層4a〜4cからヒートシンク2への伝熱経路を分断する分断領域として機能する。
When the
また、処理領域R3eにより、対向面3feと接合材6との接合が阻害されている面積は、大きい順に活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなる。そのため、実施の形態1と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなり、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなる。このようにして、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
Further, the areas where the bonding between the facing surface 3fe and the
なお、処理領域R3eは、図3Bで示したような、領域P4a〜P4c内に収まる配置に限る必要はない。例えば、図4A、図4Bに示す変形例のように、領域P4a〜P4cの領域からはみ出してもよい。さらには、処理領域R3eは、領域P4a〜P4cのそれぞれの中で分散されておらず、まとまって配置されていてもよい。あるいは、点状あるいは、まだら模様のように配置されていてもよい。その場合においても、領域P4a〜P4cのそれぞれで、処理領域R3eが配置された面積が異なるようにすればよい。 The processing region R3e does not have to be limited to the arrangement within the regions P4a to P4c as shown in FIG. 3B. For example, as in the modified examples shown in FIGS. 4A and 4B, the region may extend beyond the regions P4a to P4c. Further, the processing region R3e is not dispersed in each of the regions P4a to P4c, and may be arranged together. Alternatively, they may be arranged in a dotted pattern or a mottled pattern. Even in that case, the area where the processing region R3e is arranged may be different in each of the regions P4a to P4c.
さらに、実施の形態1で説明した対向面5ftへの処理領域R5tと併用すると、その部分では、接合材6が付着しない材料で接合材6を挟むことになる。このような場合、接合条件によっては、処理領域R5tと処理領域R3eで挟まれた部分(相対する部分で同様に表面処理された部分)から接合材6が抜けて空間となり、熱抵抗がさらに高くなって、温度差をさらにつけることができる場合がある。
Further, when used in combination with the processing region R5t on the facing surface 5ft described in the first embodiment, the
また、上記例では、接合材6として、AuSnはんだを用い、メタライズ層32eの処理領域R3e以外の部分の表面はAuとし、処理領域R3e部分はNiで形成する例を示したが、これに限ることはない。例えば、処理領域R3eにAl、あるいはSiのような絶縁膜を設けてもよく、それ以外の領域をAuに代えてCuにしてもよい。さらには、処理領域R3eとそれ以外の部分とで面粗度を変えるようにしてもよい。つまり、本実施の形態2においても、処理領域R3eでは、それ以外の部分と比べて、接合材6が付着しない、または接合材6と接合しない材料、あるいは面状態となるならば、接合材6の種類、材料あるいは面の状態の組み合わせは任意とする。
Further, in the above example, AuSn solder is used as the
実施の形態3.
上記実施の形態1または2においては、活性層ごとに動作時の温度を異ならせるために、半導体レーザチップとサブマウントとの間に、接合材が付着しない領域を設けた例について説明した。本実施の形態3においては、配列方向において、熱伝導率が異なる基材を有するサブマウントを用いた例について説明する。図5と図6は実施の形態3にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのもので、図5は半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A対応)であり、図6は変形例にかかる半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(同)である。
In the first or second embodiment, an example in which a region where the bonding material does not adhere is provided between the semiconductor laser chip and the submount in order to make the operating temperature different for each active layer has been described. In the third embodiment, an example using a submount having substrates having different thermal conductivity in the arrangement direction will be described. 5 and 6 are for explaining the configuration of the semiconductor laser device according to the third embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 1A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device, and FIG. Is a cross-sectional view (same as above) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device according to the modified example.
本実施の形態3にかかる半導体レーザ装置1においても、図5に示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。そして、本実施の形態3での特徴的な構成として、サブマウント3は、性質の異なる部分基材31a〜31cが、活性層4a〜4cの配列方向に沿って並ぶように配列した基材31を用いるようにした。部分基材31a〜31cのそれぞれは、図で示した断面形状が光進行方向(y方向)に沿って続く直方体をなし、他の実施の形態と同様、メタライズ層32eとメタライズ層32cに挟まれている。
In the
活性層4aとヒートシンク2を結ぶ直線は、部分基材31aを通り、活性層4bとヒートシンク2を結ぶ直線は、部分基材31bを通り、活性層4cとヒートシンク2を結ぶ直線は、部分基材31cを通るように配置している。そして、部分基材31a〜31cは、それぞれ空隙率の異なるAlNの焼結体で構成され、基材31中、部分基材31aが最も空隙率が高く、部分基材31cが最も空隙率が低くなるように設定した。その結果、基材31中、部分基材31aが最も熱伝導率が低く、部分基材31cが最も熱伝導率が高くなっている。
The straight line connecting the
このため、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、実施の形態1あるいは2と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなり、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
Therefore, the order of heat dissipation is
なお、熱伝導率の異なる部分基材の組合せは、図5で示したような、活性層4a〜4cごとに異なる性質の部分基材31a〜31cを配置する形態に限る必要はない。例えば、図6に示す変形例のように、断面形状が台形のように傾斜を有し、互いに熱伝導率が異なる部分基材31dと31e(部分基材31eの方が熱伝導率が高い)を厚み方向で合わせるように組み合わせてもよい。
The combination of the partial base materials having different thermal conductivity is not limited to the form in which the
この場合、活性層4a〜4cのそれぞれで、ヒートシンク2への伝熱経路において、サブマウント3内での部分基材31dの伝熱長さと31eの伝熱長さの比が異なることになる。そして、活性層4aが熱伝導率の高い部分基材31eの比が最も低く、活性層4cが熱伝導率の高い部分基材31eの比が最も高くなる。よって、図5の例と同様に、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなる。
In this case, in each of the
上記例では、部分基材31a〜31eをすべて同じ材質(AlN)で、空隙率が異なることによって熱伝導率が異なるようにした例を示したが、これに限ることはない。例えば、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(アルミナ)等、材質本来の熱伝導率が異なる部材を組み合わせるようにしてもよい。さらには、各活性層4a〜4cそれぞれからヒートシンク2への熱抵抗が異なる組み合わせであれば、部分基材の数、形状は任意である。In the above example, the
実施の形態4.
上記実施の形態3では、サブマウント内に熱伝導率の異なる部分基材の配置により、活性層ごとの温度を異ならせる例について説明した。本実施の形態4においては、サブマウントの厚み方向の中間部分に、配列方向に延びる空洞を設ける例について説明する。図7は実施の形態4にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのもので、半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図である。
In the third embodiment, an example in which the temperature of each active layer is different depending on the arrangement of the partial base materials having different thermal conductivity in the submount has been described. In the fourth embodiment, an example in which a cavity extending in the arrangement direction is provided in the middle portion in the thickness direction of the submount will be described. FIG. 7 is for explaining the configuration of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment, and is a cross-sectional view perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device.
本実施の形態4にかかる半導体レーザ装置1においても、図7に示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。そして、本実施の形態4での特徴的な構成として、サブマウント3の厚み方向(z方向)の中間部分に、配列方向(x方向)に延びるとともに、活性層4a〜4cに対する位置によって厚み(ta、tb)の異なる空洞3scを形成するようにした。
In the
活性層4aとヒートシンク2を結ぶ直線上にある空洞3scの厚みtaは、活性層4bとヒートシンク2を結ぶ直線上にある空洞3scの厚みtbより厚く、活性層4cとヒートシンク2を結ぶ直線上には空洞3scがない。空洞部分は熱抵抗が高いため、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、上記各実施の形態と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなって、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
The thickness ta of the cavity 3sc on the straight line connecting the
なお、空洞3scは、活性層群4の光の進行方向(y方向)における長さにわたって続いていてもよいが、光の進行方向に沿って、複数配置するようにしてもよい。あるいは、活性層4a〜4cごとに、光の進行方向における位置に応じて、厚み(z方向)または幅(x方向)(形態)の異なる空洞3scを形成するようにしてもよい。つまり、活性層4a〜4cごとに、あるいは配列方向における位置に応じて、空隙の厚みまたは幅(形態)の異なる、厚み方向に垂直な空洞3scを形成すればよい。
The cavities 3sc may continue over the length of the
実施の形態5.
上記実施の形態4では、サブマウントに厚み方向に垂直な方向の空洞を形成することで、活性層ごとの温度を異ならせる例について説明した。本実施の形態5においては、サブマウントに活性層の配置に応じて厚み方向に延びる空洞を設ける例について説明する。図8と図9は実施の形態5にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのもので、図8は半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A対応)であり、図9は変形例にかかる半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(同)である。
In the fourth embodiment, an example in which the temperature of each active layer is made different by forming a cavity in the submount in the direction perpendicular to the thickness direction has been described. In the fifth embodiment, an example in which the submount is provided with a cavity extending in the thickness direction according to the arrangement of the active layer will be described. 8 and 9 are for explaining the configuration of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 1A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device, and FIG. Is a cross-sectional view (same as above) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device according to the modified example.
本実施の形態5にかかる半導体レーザ装置1においても、図8に示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。そして、本実施の形態5での特徴的な構成として、サブマウント3の活性層4a〜4cの配置に応じて、厚み方向(z方向)に延びる複数の空洞3stを形成するようにした。
In the
具体的には、活性層4aからの最短経路の両側には、深めの空洞3stが形成され、活性層4bと活性層4cとの間には、浅めの空洞3stが形成されている。これにより、活性層4a〜4cのそれぞれからヒートシンク2への最短経路については、差は生じない。しかし、それぞれの最短経路の配列方向(x方向)における側方に関しては、活性層4aからの最短経路の両側の空洞3stの(厚み方向:z方向の)長さが最も長く、活性層4cからの最短経路の両側の空洞3stの長さが最も短くなっている。
Specifically, deep cavities 3st are formed on both sides of the shortest path from the
上記各実施の形態1〜4では、最短経路での熱抵抗の差で温度差を生じさせることを説明した。しかし、発熱源(各活性層4a〜4c)よりも吸熱源(ヒートシンク2)の面積の方が広い場合は、吸熱源への最短経路だけではなく、最短経路に垂直な方向での熱の流れも重要である。レーザアレイのように、発熱源が配列方向に並んでおり、配列方向における発熱源と吸熱源の寸法が異なっている場合、配列方向での熱の流れが重要である。
In the above-described first to fourth embodiments, it has been described that the temperature difference is caused by the difference in thermal resistance in the shortest path. However, when the area of the heat absorbing source (heat sink 2) is larger than that of the heat generating source (each
配列方向の熱の流れやすさのよい順は、空洞3stの配置により、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、上記各実施の形態と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなって、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
The order of ease of heat flow in the arrangement direction is the
なお、厚み方向に延びる空洞3stの数、あるいは深さ、さらには、配列方向における幅の組合せは、任意であり、例えば、図9に示すように、深さと幅がそれぞれ異なる空洞3stを設けても良い。さらには、活性層群4の光の進行方向における長さにわたって続いていてもよいが、光の進行方向に沿って、複数配置するようにしてもよい。つまり、配列方向における位置に応じて、空隙の厚みまたは幅(形態)の異なる、空洞3stを形成すればよい。
The number or depth of the cavities 3st extending in the thickness direction, and the combination of the widths in the arrangement direction are arbitrary. For example, as shown in FIG. 9, the cavities 3st having different depths and widths are provided. Is also good. Further, the
実施の形態6.
上記実施の形態4、5では、サブマウントの内部構造によって、活性層ごとの温度を異ならせる例について説明した。本実施の形態6においては、サブマウントの厚みを配列方向によって変化させる例について説明する。図10は実施の形態6にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのもので、半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A対応)である。
In the above-described
本実施の形態6にかかる半導体レーザ装置1においても、図10に示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。そして、本実施の形態6での特徴的な構成として、配列方向に沿って厚みが変化するサブマウント3を用いるようにした。厚みは、活性層4aに対応する側から活性層4cに対応する側に向かって、単調に減少し、光進行方向に垂直な断面形状は、メタライズ層32e側の面に対して、メタライズ層32c側の面が一定の傾斜を有する三角形をなしている。
In the
これにより、活性層4a〜4cのそれぞれとヒートシンク2間の距離は、活性層4aが最も長く、活性層4cが最も短くなる。このため、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、上記各実施の形態と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなり、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
As a result, the distance between each of the
一方の面に対し他方の面が傾斜するサブマウント形状は、例えば研磨などの方法を用いて容易に所望の形状を得ることができる。なお、本例では、サブマウント3の断面形状が3角形の例を示したが、単調変化する限り、一方の端部にもある程度の厚みがある台形になってもよい。
As for the submount shape in which the other surface is inclined with respect to one surface, a desired shape can be easily obtained by using a method such as polishing. In this example, the cross-sectional shape of the
なお、一方の面に対して他方の面が傾斜する形状は、半導体レーザ装置1の製造にとっては、必ずしも好ましい形態ではない。上述した他の実施の形態における一方の面と他方の面が平行なサブマウント3を使用する場合、例えば、ヒートシンク2とサブマウント3との接合と、サブマウント3と半導体レーザチップ5との接合を特段の備えがなくても同時に実行可能である。しかし、本実施の形態6にかかる半導体レーザ装置1のように、一方の面と他方の面が傾いているサブマウント3を使用して、単純に同時接合を行う場合、例えば、半導体レーザチップ5は、傾いたメタライズ層32e上に載置されることになる。すると、接合材6、7が固化するまでの間、半導体レーザチップ5は、メタライズ層32e上でずり落ちてしまい、位置ずれが生じる可能性がある。
The shape in which the other surface is inclined with respect to one surface is not necessarily a preferable form for manufacturing the
そのため、本実施の形態においては、接合材7に用いるはんだ材を接合材6に用いるはんだ材より融点の高いものを選定し、一度ヒートシンク2に接合材7を用いてサブマウント3を接合する。その後、メタライズ層32eが水平になるようにヒートシンク2を傾け、接合材7の融点より低く、接合材6の融点より高い温度で、接合材6を用いて半導体レーザチップ5を接合する。このように製造工程にひと手間かかるため、一般的には部材が傾くような形態を用いることは敬遠されるが、研磨等の簡単な手法でサブマウント3を形成できるので、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置1を得ることができる。
Therefore, in the present embodiment, the solder material used for the
実施の形態7.
本実施の形態7にかかる半導体レーザ装置では、サブマウントとヒートシンクとの接合面における接合材の付着領域を制御することで、活性層ごとの温度に変化をつけるようにした。図11Aと図11Bは、実施の形態7にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのものであり、図11Aは半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A対応)、図11Bはサブマウントのヒートシンクへの対向面に設定した、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図である。また、図12は2種類の変形例の説明として、第一変形例の図11Bに対応するサブマウントのヒートシンクへの対向面に設定した、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図(図12A)と、第二変形例の図11Bに対応するサブマウントのヒートシンクへの対向面に設定した、接合材が付着しないように、表面処理を施した処理領域を示す平面図(図12B)である。
In the semiconductor laser apparatus according to the seventh embodiment, the temperature of each active layer is changed by controlling the adhesion region of the bonding material on the bonding surface between the submount and the heat sink. 11A and 11B are for explaining the configuration of the semiconductor laser device according to the seventh embodiment, and FIG. 11A is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 1A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device, FIG. 11B. Is a plan view showing a treated area that has been surface-treated so that the bonding material does not adhere to the surface of the submount facing the heat sink. Further, FIG. 12 shows, as an explanation of the two types of deformation examples, a treatment in which a surface treatment is applied so that the bonding material does not adhere to the surface of the submount corresponding to FIG. 11B of the first deformation example, which is set on the facing surface to the heat sink. A plan view (FIG. 12A) showing the region and a treated region set on the surface of the submount corresponding to FIG. 11B of the second modification to the heat sink, which has been surface-treated so that the bonding material does not adhere, are shown. It is a plan view (FIG. 12B).
本実施の形態7にかかる半導体レーザ装置1においても、図11Aに示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。ここで、図11Bに示すように、サブマウント3のヒートシンク2への対向面3fcを構成するメタライズ層32cの一部に、接合材7が付着しないように表面処理を施した処理領域R3cが形成されている。処理領域R3cは、対向面3fcのうち、半導体レーザチップ5が接合された際の各活性層4a〜4cを投影した領域P4a〜P4cに対応し、配列方向における一方に偏るように設定した。具体的には、活性層4cよりも外側で、かつ半導体レーザチップ5を投影した領域P5よりも内側に位置する光の進行方向に平行なラインから活性層群4が存在する側の全領域に処理領域R3cを設定した。
In the
そして、接合材7として、例えば実施の形態1の接合材6として例示したAuSnはんだを用いた場合を想定し、メタライズ層32cの処理領域R3c以外の部分はAuが表面を覆い、処理領域R3c部分はNiが表面を覆うようにした。このように、処理領域R3cを有するサブマウント3に、接合材7を用いてヒートシンク2を接合すると、処理領域R3c以外の部分では、ヒートシンク2と対向面3fcとの間に接合材7が介在して、強固な伝熱経路が形成される。一方、AuSnはんだはNiに濡れないため、処理領域R3c部分では、対向面3fcと(硬化後の)接合材7との間には接合関係が形成されず、単に接しているだけの状態になる。場合によっては、処理領域R3c部分の中には、接合材7との間に隙間が発生する可能性もある。
Then, assuming that the AuSn solder exemplified as the
この例では、活性層4a〜4cのそれぞれとヒートシンク2との最短経路では、接合材7と対向面3fcとの間で接合が行われている領域がなく、接合が形成されている部分と比べて熱抵抗が高い。そのため、最短経路での伝熱よりも、接合材7と対向面3fcとが接合された領域を経由する迂回経路での伝熱が優勢になり、迂回経路での放熱性が活性層4a〜4cごとの放熱性に大きく影響を与える。
In this example, in the shortest path between each of the
接合が形成されている部分(領域R3c以外)が、活性層4cを投影した領域P4cよりも外側に位置するので、活性層4aの迂回経路の長さが最も長く、活性層4cの迂回経路の長さが最も短くなる。このため、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、上記各実施の形態と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなって、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
Since the portion where the junction is formed (other than the region R3c) is located outside the region P4c on which the
なお、処理領域R3cは、図11Bで示したような、領域P4a〜P4cすべてが収まるように配置する必要はなく、例えば、領域P4cは一部のみ、あるいは全く収まっておらず、一部の活性層は、最短経路が主になるようにしてもよい。あるいは、例えば、図12Aに示す変形例のように、光進行方向に沿って、処理領域R3cが形成されていない部分があってもよい。さらには、図12Bに示す第二の変形例のように、領域P4a〜P4cに応じて、処理領域R3cが形成されていない面積を変化させるようにしてもよい。つまりは、配列方向における一方側に処理領域R3cの配置(面積)が偏るようにすればよい。 The processing region R3c does not need to be arranged so that all the regions P4a to P4c can be accommodated as shown in FIG. 11B. The layer may be mainly composed of the shortest path. Alternatively, for example, as in the modified example shown in FIG. 12A, there may be a portion where the processing region R3c is not formed along the light traveling direction. Further, as in the second modification shown in FIG. 12B, the area where the processing region R3c is not formed may be changed according to the regions P4a to P4c. That is, the arrangement (area) of the processing region R3c may be biased to one side in the arrangement direction.
あるいは、接合材7が付着しない処理領域の配置対象を、ヒートシンク2のサブマウント3への対向面2fsにしてもよい。さらには、ヒートシンク2の対向面2fsと、サブマウント3の対向面3fcの双方に、接合材7が付着しない処理領域を配置するようにしてもよい。この場合、接合条件によっては、対向面2fsでの処理領域と対向面3fcの処理領域R3cで挟まれた部分から接合材7が抜けて空間となり、熱抵抗がさらに高くなって、温度差をさらにつけることができる場合がある。
Alternatively, the object of arrangement of the processing region to which the
また、上記例では、接合材7として、AuSnはんだを用い、メタライズ層32c(対向面2fsでの処理領域も含む)の処理領域R3c以外の部分の表面はAuとし、処理領域R3c部分はNiで形成する例を示したが、これに限ることはない。例えば、処理領域R3cにAl、あるいはSiのような絶縁膜を設けてもよく、それ以外の領域をAuに代えてCuにしてもよい。さらには、処理領域R3cとそれ以外の部分とで面粗度を変えるようにしてもよい。つまり、本実施の形態7においても、処理領域R3cでは、それ以外の部分と比べて、接合材7が付着しない、または接合材7と接合しない材料、あるいは面状態となるならば、接合材7の種類、材料あるいは面の状態の組み合わせは任意とする。
Further, in the above example, AuSn solder is used as the
実施の形態8.
上記各実施の形態においては、半導体レーザチップ、サブマウント、ヒートシンクのいずれかの形態、あるいは、表面処理を施す領域の配置によって、活性層ごとに温度差をつける例を示した。本実施の形態8においては、半導体レーザチップとサブマウント、およびヒートシンクの配列方向における位置関係で、活性層ごとに温度差をつける例について説明する。図13は実施の形態8にかかる半導体レーザ装置の構成について説明するためのもので、半導体レーザ装置の光進行方向に垂直な断面図(図1A対応)である。
In each of the above embodiments, an example is shown in which a temperature difference is provided for each active layer depending on the form of a semiconductor laser chip, a submount, or a heat sink, or the arrangement of a region to be surface-treated. In the eighth embodiment, an example in which a temperature difference is provided for each active layer in the positional relationship between the semiconductor laser chip, the submount, and the heat sink in the arrangement direction will be described. FIG. 13 is for explaining the configuration of the semiconductor laser device according to the eighth embodiment, and is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 1A) perpendicular to the optical traveling direction of the semiconductor laser device.
本実施の形態8にかかる半導体レーザ装置1においても、図13に示すように、半導体レーザチップ5は、はんだなどの接合材6によりサブマウント3に固定され、サブマウント3は、はんだなどの接合材7によりヒートシンク2に固定されている。ただし、本実施の形態8での特徴的な構成として、半導体レーザチップ5は、サブマウント3に対して、配列方向(x方向)で一部をはみ出させて接合され、さらに、サブマウント3も、ヒートシンク2に対して同じ方向に一部をはみ出させて接合されている。
In the
このような配列方向でのはみ出しを生じる接合の結果、活性層4aの直上(図中下方に投影した領域:P4aに相当)には、放熱に寄与するサブマウント3が存在しない。また、活性層4bの直上(同:P4bに相当)には、サブマウント3は存在するが、ヒートシンク2は存在しない。それに対して、活性層4cの直上(同:P4cに相当)には、サブマウント3とヒートシンク2が存在する。
As a result of the bonding that causes protrusion in the arrangement direction, there is no
つまり、活性層4aの放熱経路は、半導体レーザチップ5内での配列方向への伝熱と、対向面5ftからの放射、または半導体レーザ装置1が封止されている図示しない封止体を構成する樹脂中への伝熱となり、ヒートシンク2へ直接連なる伝熱経路がない。また、活性層4bの直上には、サブマウント3が接合されているが、領域P4bに相当する部分にヒートシンク2が存在せず、ヒートシンク2への放熱には、サブマウント3内の配列方向の伝熱が必要となる。
That is, the heat dissipation path of the
このため、放熱性の高い順は、活性層4c、活性層4b、活性層4aとなり、上記各実施の形態と同様に、動作時の温度は活性層4c<活性層4b<活性層4aとなって、活性層4aの温度が最も高くなる。よって、波長の長い順は、活性層4a、活性層4b、活性層4cとなり、活性層4a〜4cのそれぞれから、異なる発振波長を得ることができ、効果的にコヒーレンスを低減することが可能になる。
Therefore, the order of heat dissipation is
なお、上記例では、活性層4aの直上領域において半導体レーザチップ5がサブマウント3から完全にはみ出るように、サブマウント3に対する半導体レーザチップ5のはみだし量W5を設定した。さらに、活性層4bの直上領域においてサブマウント3がヒートシンク2から完全にはみ出るように、ヒートシンク2に対するサブマウント3のはみだし量W3を設定した。しかし、これに限ることはなく、ある活性層の直下領域の一部が配列方向においてはみ出るようにしてもよく、一端側の活性層から他端側の活性層に向かい、偏った伝熱経路が形成されるのであれば、はみだし量W5、W3の設定は任意である。In the above example, the
なお、上述した各実施の形態においては、活性層群4を構成する活性層の数が3の場合について説明したが、これに限ることはない。上記各実施の形態においては、部材構成、表面処理、部材位置関係の少なくともいずれかを配列方向の一方側に偏らせることで、配列方向の一端側から他端側に向けて、活性層ごとの放熱性が一方向(低下または向上)に変化するようにした。これにより、少なくとも2つ以上の活性層があれば、異なる波長が発振されてコヒーレンスを低減することが可能となる。また、活性層の数だけ、異なる波長のレーザ光を発振できるので、コヒーレンス低減としての無駄な活性層がなく、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置1を得ることができる。
In each of the above-described embodiments, the case where the number of active layers constituting the
一方、実施の形態1、2、または7のように、接合材の付着性を低下させるための表面処理を行う領域を調整する例では、マスキング等の技術で自在に領域調整ができ、部材構成や形態を変化させる場合と異なり、容易にバリエーションの変更も可能である。そのため、表面処理領域の分布で放熱性を変化させる場合は、活性層ごとの放熱性を、必ずしも、配列方向の一方側に偏らせる必要はない。例えば、ある活性層が同じ温度になるような形態にしたとすれば、一部の活性層の波長が同じになり、コヒーレンス低減効果は薄れるが、容易に実現できるので、総合的に見れば、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置1を得ることができる。
On the other hand, in the example of adjusting the area where the surface treatment for reducing the adhesiveness of the joining material is performed as in the first, second, or seventh embodiment, the area can be freely adjusted by a technique such as masking, and the member configuration. It is possible to easily change the variation, unlike the case of changing the form. Therefore, when the heat dissipation property is changed by the distribution of the surface treatment region, it is not always necessary to bias the heat dissipation property of each active layer to one side in the arrangement direction. For example, if a certain active layer is formed to have the same temperature, the wavelengths of some of the active layers will be the same, and the coherence reduction effect will be diminished, but it can be easily realized. A
さらに、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Further, although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are specific embodiments. It is not limited to the application of, but can be applied to the embodiment alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
以上のように、実施の形態1、2、7それぞれ、またはそれらの組合せにかかる半導体レーザ装置1によれば、光の進行方向(y方向)に沿って延在する複数の(同じ仕様の)発光領域(活性層4a〜4c)が、進行方向に垂直な方向(配列方向:x方向)に間隔をあけて配列された板状の半導体レーザチップ5と、半導体レーザチップ5に接合されたサブマウント3と、サブマウント3の半導体レーザチップ5が接合された面(対向面3fe)の反対側の面(対向面3fc)に接合されたヒートシンク2と、を備え、半導体レーザチップ5とサブマウント3との対向面のそれぞれ(対向面5ft、対向面3fe)、およびサブマウント3とヒートシンク2との対向面のそれぞれ(対向面3fc、対向面2fs)の少なくともいずれかには、複数の発光領域(活性層4a〜4c)の配列方向(x方向)における位置(とくに個々の領域P4a〜P4c)に応じて、進行方向(y方向)における設定範囲を変え、接合に用いる接合材(接合材6、または接合材7)の付着性を低下させた処理領域(例えば、処理領域R5t、処理領域R3e、処理領域R3c等)が設けられているように構成したので、表面処理という容易に設定対象を調整できる手法により、配列方向に沿って、接合部分での熱抵抗に変化が生じ、同じ仕様の活性層4a〜4cに対して温度差をつけて波長をずらすことができるため、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置1を得ることができる。
As described above, according to the
とくに、半導体レーザチップ5とサブマウント3との対向面どうし(対向面3fcと対向面2fs)、サブマウント3とヒートシンク2との対向面どうし(対向面3fcと対向面2fs)、のいずれかは、相対する同じ部分に、処理領域が設けられているようにすれば、より確実に熱抵抗に差を生じさせることができる。
In particular, either of the facing surfaces of the
また、接合材6または接合材7は金錫はんだであり、処理領域の表面には、ニッケル、アルミニウム、または絶縁膜の層が形成されていれば、特殊な材料を必要とせず、金錫はんだが処理領域に付着することがなく、確実に熱抵抗に差を生じさせることができる。
Further, the
あるいは、上記各実施の形態(とくに、実施の形態3〜6、8それぞれ、またはそれらの組合せ)にかかる半導体レーザ装置1によれば、光の進行方向(y方向)に沿って延在する複数の(同じ仕様の)発光領域(活性層4a〜4c)が、進行方向に垂直な方向(配列方向:x方向)に間隔をあけて配列された板状の半導体レーザチップ5と、半導体レーザチップ5に接合されたサブマウント3と、サブマウント3の半導体レーザチップ5が接合された面(対向面3fe)の反対側の面(対向面3fc)に接合されたヒートシンク2と、を備え、複数の発光領域のそれぞれ(活性層4a〜4c)とヒートシンク2を結ぶ伝熱経路の熱抵抗が、複数の発光領域(活性層4a〜4c)の配列方向(x方向)における一端側から他端側に向かうにつれ、単調減少または単調増加しているように構成すれば、同じ仕様の活性層4a〜4cのそれぞれを異なる温度にして、波長をずらすことができるので、安価かつ容易に、コヒーレンス低減効果の高い半導体レーザ装置1を得ることができる。
Alternatively, according to the
とくに、サブマウント3は、配列方向(x方向)に沿って、熱伝導率の異なる基材(部分基材31a〜31c)を並べて形成したので、容易に熱抵抗を単調変化させることができる。
In particular, since the
あるいは、サブマウント3は、熱伝導率の異なる基材(部分基材31dと31e)を厚み方向(z方向)に重ねて形成され、配列方向に沿って、重ねた基材の厚みの割合が変化しているように構成すれば、容易に熱抵抗を単調変化させることができる。
Alternatively, the
さらに、サブマウント3は、配列方向に沿って厚みが変化しているように構成すれば、研磨等の簡単な加工により、容易に熱抵抗を単調変化させることができる。
Further, if the
また、サブマウント3には、配列方向における位置に応じて形態が異なる、厚み方向の中間部分において半導体レーザチップ5への対向面3feに平行に進む空洞3sc、あるいは、複数の発光領域(活性層4a〜4c)のそれぞれを投影した領域P4a〜P4cの中間部分において半導体レーザチップ5への対向面3feから反対側の面(対向面3fc)に向かって進み、光の進行方向に沿って延在する空洞3st、が形成されているように構成すれば、サブマウント3内での横方向(xy面内)での熱伝導の阻害、あるいは、熱経路の迂回により、容易に熱抵抗を単調変化させることができる。
Further, the
また、半導体レーザチップ5は、サブマウント3に対して、一端側からはみ出す偏った位置に接合され、かつ、サブマウント3は、ヒートシンク2に対して、一端側からはみ出す偏った位置に接合されているように構成すれば、部材自体の構成を変化させることなく、接合位置を調整するだけで、容易に熱抵抗を単調変化させることができる。
Further, the
1:半導体レーザ装置、
2:ヒートシンク、 2fs:対向面、
3:サブマウント、 31:基材、 31a〜31e:部分基材、 32c、32e:メタライズ層、 3fc:対向面、 3fe:対向面、 3sc:空洞、 3st:空洞、
4:活性層群、4a〜4c:活性層(発光領域)、
5:半導体レーザチップ、 5ft:対向面、
51:積層体、 52b:下面電極、 52t:上面電極、 53b、53t:めっき層、
6,7:接合材、
P4a〜P4b:領域、
R3c:処理領域、 R3e:処理領域、 R5t:処理領域、
W3:はみだし量、 W5:はみだし量。1: Semiconductor laser device,
2: Heat sink, 2fs: Opposing surface,
3: Submount, 31: Base material, 31a to 31e: Partial base material, 32c, 32e: Metallized layer, 3fc: Facing surface, 3fe: Facing surface, 3sc: Cavity, 3st: Cavity,
4: Active layer group, 4a-4c: Active layer (light emitting region),
5: Semiconductor laser chip, 5ft: Facing surface,
51: Laminated body, 52b: Bottom electrode, 52t: Top electrode, 53b, 53t: Plating layer,
6, 7: Joining material,
P4a to P4b: region,
R3c: processing area, R3e: processing area, R5t: processing area,
W 3 : Overhang amount, W 5 : Overhang amount.
Claims (9)
前記半導体レーザチップに接合されたサブマウントと、
前記サブマウントの前記半導体レーザチップが接合された面の反対側の面に接合されたヒートシンクと、を備え、
前記半導体レーザチップと前記サブマウントとの対向面のそれぞれ、および前記サブマウントと前記ヒートシンクとの対向面のそれぞれの少なくともいずれかには、前記複数の発光領域の配列方向における位置に応じて前記進行方向における設定範囲を変え、前記接合に用いる接合材の付着性を低下させた処理領域が設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。A plate-shaped semiconductor laser chip in which a plurality of light emitting regions extending along the traveling direction of light are arranged at intervals in a direction perpendicular to the traveling direction.
The submount bonded to the semiconductor laser chip and
A heat sink bonded to a surface opposite to the surface to which the semiconductor laser chip of the submount is bonded is provided.
At least one of the facing surfaces of the semiconductor laser chip and the sub-mount and each of the facing surfaces of the sub-mount and the heat sink is advanced according to the position of the plurality of light emitting regions in the arrangement direction. A semiconductor laser apparatus characterized in that a processing region is provided in which a setting range in a direction is changed to reduce the adhesiveness of the bonding material used for the bonding.
前記半導体レーザチップに接合されたサブマウントと、
前記サブマウントの前記半導体レーザチップが接合された面の反対側の面に接合されたヒートシンクと、を備え、
前記複数の発光領域のそれぞれと前記ヒートシンクを結ぶ伝熱経路の熱抵抗が、前記複数の発光領域の配列方向における一端側から他端側に向かうにつれ、単調減少または単調増加していることを特徴とする半導体レーザ装置。A plate-shaped semiconductor laser chip in which a plurality of light emitting regions extending along the traveling direction of light are arranged at intervals in a direction perpendicular to the traveling direction.
The submount bonded to the semiconductor laser chip and
A heat sink bonded to a surface opposite to the surface to which the semiconductor laser chip of the submount is bonded is provided.
The thermal resistance of the heat transfer path connecting each of the plurality of light emitting regions and the heat sink is monotonously decreased or monotonically increased from one end side to the other end side in the arrangement direction of the plurality of light emitting regions. Semiconductor laser device.
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